CN218511790U - 液位及温度的检测探头、装置、杯盖以及保温杯 - Google Patents

Abstract

一种液位及温度的检测探头、装置、杯盖以及保温杯，检测探头包括：外壳、温度测量组件以及液位测量组件；外壳具有第一腔体、第二腔体以及第三腔体，第二腔体位于第一腔体以及第三腔体之间；温度测量组件设于第二腔体中，温度测量组件用于测量检测探头的温度；液位测量组件用于测量检测探头与待测液面之间的距离；声波换能器以及发射型超声波换能器，发射型超声波换能器设于第一腔体中，接收型超声波换能器设于第三腔体中。由于检测探头集成了温度检测以及液位检测，集成度提高，减少占用体积；液位检测采用超声波方式，提高液位检测的精度、降低成本。

Description

液位及温度的检测探头、装置、杯盖以及保温杯

技术领域

本申请涉及液位及温度检测技术领域，具体涉及液位及温度的检测探头、装置、杯盖以及保温杯。

背景技术

随着人们生活水平提升，关注生活品质的需求越来越高。水是生命之泉，每个人每天需要足够的水摄入量，监控每天的饮水量成为现代人生活的重要需求。

智能水杯的液位检测方法通常有基于磁感线圈式的机械方法，基于光的TOF检测方法。前者相对简单、便宜，但只能粗略的推算饮水量，不能精确的测量。TOF的方法能够较准确的测量液位对饮水量进行较准确的计算，但是相对成本较高，需要在杯体设计上考虑光的失效，如水杯内光的反射度处理、聚焦处理等，同时还存在当有水雾时会容易失效。

现有的智能水杯其水位检测的准确性还有待提高。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是现有智能水杯水位检测的准确性不高的技术问题。

根据本申请的第一方面，一种实施例中提供一种液位及温度的检测探头，检测探头包括：外壳、温度测量组件以及液位测量组件；

外壳具有第一腔体、第二腔体以及第三腔体，第二腔体位于第一腔体以及第三腔体之间；

温度测量组件设于第二腔体中，温度测量组件用于测量检测探头的温度；

液位测量组件用于测量检测探头与待测液面之间的距离；

液位测量组件包括接收型超声波换能器以及发射型超声波换能器，发射型超声波换能器设于第一腔体中，接收型超声波换能器设于第三腔体中。

在一种可能实现的方式中，第一腔体、第二腔体以及第三腔体三者的底部平齐；和/或，第一腔体与第二腔体相邻设置，第三腔体与第二腔体相邻设置。

在一种可能实现的方式中，检测探头还包括第一共振板以及第一阻尼填充材料，第一共振板位于发射型超声波换能器与第一腔体之间；第一阻尼填充材料填充在第一腔体内并覆盖发射型超声波换能器；

和/或，检测探头还包括第二共振板以及第二阻尼填充材料，第二共振板位于接收型超声波换能器与第三腔体之间；第二阻尼填充材料填充在第三腔体内并覆盖接收型超声波换能器；

和/或，检测探头还包括第一填充胶体，第一填充胶体填充在第二腔体内并覆盖温度测量组件，温度测量组件设在第二腔体的底部。

根据本申请的第二方面，一种实施例中提供一种液位及温度的检测装置，包括供电模块、处理器以及第一方面或第一方面中任一种可能实现的方式所描述的检测探头；

供电模块用于向检测装置提供电能；

处理器用于根据检测探头的温度测量组件的第一测量信号，计算检测探头的温度，得到温度信息；根据检测探头的液位测量组件的第二测量信号，计算检测探头与待测液面之间的距离，得到液位信息。

在一种可能实现的方式中，供电模块包括电池、电源管理电路以及充电端口；

电池用于通过电源管理电路向检测装置提供电能；电池为可充电电池；

充电端口用于连接外部设备，获取外部设备提供的电能，通过电源管理电路向电池充电或向检测装置供电。

在一种可能实现的方式中，处理器包括运算模块和液位补偿模块；

液位补偿模块用于根据温度测量组件的第一测量信号，输出对应第一测量信号的补偿信号；

运算模块用于根据补偿信号以及第二测量信号，计算检测探头与待测液面之间的距离，得到液位信息。

在一种可能实现的方式中，检测装置还包括显示模块；

显示模块用于显示温度信息以及液位信息。

根据本申请的第三方面，一种实施例中提供一种保温杯杯盖，杯盖包括杯盖外壳以及第二方面或第二方面中任一种可能实现的方式所描述的检测装置，杯盖外壳内具有杯盖腔体，检测装置设于杯盖腔体内，检测装置的检测探头设在杯盖腔体的底部。

在一种可能实现的方式中，检测装置的供电模块以及处理器远离杯盖腔体的底部；

和/或，杯盖设有连通杯盖腔体的通孔，检测装置的供电模块的充电端口外露于通孔；

和/或，检测装置的显示模块设于杯盖的顶部。

根据本申请的第四方面，一种实施例中提供一种保温杯，包括杯体以及第三方面或第三方面中任一种可能实现的方式所描述的杯盖；

杯体用于盛放液体；杯盖与杯体适配。

依据上述实施例的液位及温度的检测探头、装置、杯盖以及保温杯，由于检测探头集成了温度检测以及液位检测，集成度提高，减少占用体积；液位检测采用超声波方式，提高液位检测的精度、降低成本。

附图说明

图1为一种实施例提供的检测探头的外壳的结构示意图；

图2为一种实施例提供的检测探头的结构示意图；

图3为一种实施例提供的检测装置的结构示意图；

图4为一种实施例提供的保温杯及其杯盖的结构示意图；

图5为一种实施例提供的检测装置的结构示意图。

附图标记：10-检测探头；100-外壳；101-第一腔体；102-第二腔体；103-第三腔体；110-温度测量组件；111-第一填充胶体；120-发射型超声波换能器；121-第一共振板；122-第一阻尼填充材料；130-接收型超声波换能器；131-第二共振板；132-第二阻尼填充材料；20-处理器；21-液位补偿模块；22-运算模块；200-杯盖；210-杯盖腔体；300-杯体；30-超声波处理电路；31-超声波发射电路；32-超声波接收电路；33-比较电路；40-供电模块；50-显示模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

请参考图1至图4，本实施例提供一种应用于保温杯(智能水杯)测量液位及温度的检测探头10，如图1所示，检测探头10包括外壳100、温度测量组件110以及液位测量组件；检测探头10具体应用时设置在杯盖200内部，并与杯盖200内部的底部接触，杯盖200配置在杯体300上时，杯内液体的温度经空气传导至杯盖200的底部，通过杯盖200在传导至检测探头10。

如图2所示，外壳100具有第一腔体101、第二腔体102以及第三腔体103，第二腔体102位于第一腔体101以及第三腔体103之间。

具体地，第一腔体101、第二腔体102以及第三腔体103三者的底部平齐；和/或，第一腔体101与第二腔体102相邻设置，第三腔体103与第二腔体102相邻设置。其目的在于将外壳100的空间体积尽可能缩小，减少在杯盖200中的占用空间

液位测量组件用于测量检测探头10与待测液面之间的距离；应用于保温杯时，用于测量检测探头10与杯内液面的距离。液位测量组件包括可以接收型超声波换能器130以及发射型超声波换能器120，发射型超声波换能器120设于第一腔体101中，接收型超声波换能器130设于第三腔体103中。

发射型超声波换能器120用于发射预设频率的超声波，超声波会在保温杯内的页面进行反射，并被发射型超声波换能器120接收，通过计算这个超声波发射至接收的时间，即可高精度计算当前检测探头10与杯内液面的距离，从而可以换算出杯内的液位高度。

在实际应用中，如图1所示，检测探头10还可以包括第一共振板121以及第一阻尼填充材料122，第一共振板121位于发射型超声波换能器120与第一腔体101之间；第一阻尼填充材料122填充在第一腔体101内并覆盖发射型超声波换能器120；和/或，检测探头10还包括第二共振板131以及第二阻尼填充材料132，第二共振板131位于接收型超声波换能器130与第三腔体103之间；第二阻尼填充材料132填充在第三腔体103内并覆盖接收型超声波换能器130。

例如，超声波换能器可以为压电晶片形式的换能器，第一共振板121与第二共振板131可以为相同材料制成的共振板，第一阻尼填充材料122与第二阻尼填充材料132可以为相同的材料，阻尼材料可以是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量，共振板以及阻尼材料可保证超声波换能器发射的信号最大化的发出，且被最大化的接收，具有较高的灵敏度。共振板以及阻尼材料可以采用现有的任一种可以使用的材料。

温度测量组件110设于第二腔体102中，温度测量组件110用于测量检测探头10的温度。

例如，温度测量组件110可以包括任一种可以进行0℃-100℃测量的温度传感器，如常用的热电偶或热电阻类型的温度传感器。

在实际应用中，如图1所示，检测探头10还可以包括第一填充胶体111，第一填充胶体111填充在第二腔体102内并覆盖温度测量组件110，温度测量组件110设在第二腔体102的底部。第一填充胶体111用于将温度测量组件110粘连在第二腔体102上，通过第一胶体104实现将温度测量组件110固定在外壳100的第二腔体102上，由此可以不采用传统的机械安装结构(如螺栓与夹具)将温度测量组件110进行固定。

其中，为了避免发射型超声波换能器120与接收型超声波换能器130之间的干扰，本实施例一方面通过第二腔体102隔离开第一腔体101与第三腔体103，另一方面，第一填充胶体111的材料可以是吸声材料(阻尼材料)，用于吸收在第二腔体102中传播的超声波，降低发射型超声波换能器120与接收型超声波换能器130之间的干扰，提高发射型超声波换能器120发射的超声波的方向性。

可见，本实施例提供的检测探头10，具有体积小、集成度高，在使用的时候应用在杯盖200内部，不会受到杯内水汽的影响。且采用收发分体式的两个超声波换能器，将提高液位测量的精度，利用第二腔体102可以降低两个换能器之间的工作干扰。

实施例二：

如图3至图5所示，本实施例提供一种液位及温度的检测装置，包括供电模块40、处理器20以及实施例一所描述的检测探头10。

处理器20用于根据检测探头10的温度测量组件110的第一测量信号，计算检测探头10的温度，得到温度信息；根据检测探头10的液位测量组件的第二测量信号，计算检测探头10与待测液面之间的距离，得到液位信息。

在实际应用中，由于超声波在不同温度的空气中传播的速度并不相同，温度越高声速越快，例如，在0度为323m/s，在100度为386m/s，为了提高液位测量精度，处理器20可以针对温度进行补偿，处理器20可以包括运算模块22和液位补偿模块21。

液位补偿模块21用于根据温度测量组件110的第一测量信号，输出对应第一测量信号的补偿信号。例如是，检测探头10距离液面的距离为L，声速为C＝340m/s(对应温度为15度)，发射超声波到接收超声波时间为T，那么L＝C×T/2。液位补偿模块21获取第一测量信号，可以得到当前检测探头10温度T1，通过对应查表曲线的对应关系可以得到当前温度T1对应的声速C1与340m/s的差值ΔC，根据ΔL＝ΔC×T/2计算出补偿信号。可见，采用乘法器与加法器即可实现上述补偿信号的计算。

运算模块22用于根据补偿信号以及第二测量信号，计算检测探头10与待测液面之间的距离，得到液位信息。运算模块22根据第二测量信号，第二测量信号为T，计算初始与液面的初始距离L＝C×T/2，C＝340m/s，再计算补偿后的距离Lb＝L+ΔL。由此得到补偿后的计算检测探头10与待测液面之间的距离，结合检测探头10与水杯的距离，即可计算得到当前水杯内的液位。再者，根据液位可以计算出当前杯内的水量，也能计算出用户的饮水量。

在一种可能实现的方式中，检测装置还可以包括显示模块50；显示模块50用于显示温度信息以及液位信息。其中，显示模块50设置在杯盖200的外部，优选在杯盖200的顶部，使得用户可以直接观察当前的温度信息以及液位信息，从而获知杯内水量以及温度，提高用户的饮水体验。

供电模块40用于向检测装置提供电能；供电模块40可以包括电池、电源管理电路以及充电端口。

电池用于通过电源管理电路向检测装置提供电能；电池为可充电电池。充电端口用于连接外部设备，获取外部设备提供的电能，通过电源管理电路向电池充电或向检测装置供电。或者，充电端口可以连接无线充电线圈，通过无线充电的方式为电池提供充电电能。

通过充电端口连接线缆充电的方式，或者是杯盖200内置线圈的方式，可以进行即时充电，实际供电模块40也可以采用可拆卸电池的实现方式，杯盖200设置相应的揭盖结构。上述的供电模块40，可以采用现有的任一种可能实现的额方式，本申请并不限制供电模块的具体形式。

如图5所示，检测装置还可以包括超声波处理电路30，超声波处理电路30包括超声波发射电路31、超声波接收电路32、比较电路33。

超声波发射电路31发射接收来自处理器20的与超声波换能器同频的脉冲信号，将该信号进行升压至一定的幅值后，加载到发射型超声波换能器120上，由此向外发射超声波信号。

超声波接收电路32接收来自经液面反射后的超声波信号，并对信号进行放大和滤波，滤波器中心频率与超声波换能器谐振频率相同。接收型超声波换能器130和发射型超声波换能器120的谐振频率相同。

比较电路33为将接收到的超声波信号通过阈值比较换成方波信号，从而可以直接输入到处理器20中。

处理器20产生与超声波换能器谐振频率同频的多个脉冲信号并发送至超声波发射电路31，在完成脉冲信号发送后停止发射信号并确保与超声波发送电路相连的线路拉低到地端。

处理器20还接收来自比较电路33的脉冲信号，并计算接收的脉冲信号与发射的脉冲信号之间的时间差，然后计算超声波传输的距离，并推算出水杯中液位的高度。

处理器20与温度传感器相连，获取水杯中的温度值，根据超声波信号在空气中传输传播速度受温度影响的曲线或表格，对液位信号进行补偿。

实施例三：

如图4所示，本实施例提供一种保温杯及其杯盖200，保温杯包括杯体300以及第杯盖200；杯体300用于盛放液体；杯盖200与杯体300适配杯盖200。

杯盖200包括杯盖外壳以及实施列二所描述的检测装置，杯盖外壳内具有杯盖腔体210，检测装置设于杯盖腔体210内，检测装置的检测探头10设在杯盖腔体210的底部。

在实际应用中，检测装置除了检测探头10以外，其他部件，如供电模块40以及处理器20，均远离杯盖腔体210的底部；从而避免杯内存在高温的时候影响电器部件。

进一步的，当检测装置采用充电端口连接外部充电线缆是，杯盖200可以设有连通杯盖腔体210的通孔，检测装置的供电模块40的充电端口外露于通孔；以使得用户便捷充电。当检测装置设置显示模块50时，显示模块50优选设于杯盖200的顶部。

本实施例提供的保温杯及其杯盖200，可以提供精准的温度测量以及液位测量体验，有利于用户获知杯内液体的温度以及容量，提供用户的实用体验。其中，具有检测装置的杯盖200，可以应用在匹配的各个大小的杯体300上，例如是300ml、500ml以及700ml等各种规格，只需要杯体300与杯盖200匹配即可，在实际生产中，不需要针对一个规格的保温杯重复设置杯盖200，具有更低的成本以及市场竞争力。

本申请创新性地提出一种采用超声波的液位及温度检测探头10，设置在保温杯的顶部，具有体积小、灵敏度高、低成本、低功耗等优点，同时还不受智能水杯中可能存在的高温、高压、高湿、雾气和水珠凝结的影响。

采用两个超声波换能器和温度传感器，同时测量液位和温度。采用液位补充模块对液位检测进行温度补偿，提高检测精度。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种液位及温度的检测探头，其特征在于，所述检测探头(10)包括：外壳(100)、温度测量组件(110)以及液位测量组件；

所述外壳(100)具有第一腔体(101)、第二腔体(102)以及第三腔体(103)，所述第二腔体(102)位于所述第一腔体(101)以及所述第三腔体(103)之间；

所述温度测量组件(110)设于所述第二腔体(102)中，所述温度测量组件(110)用于检测所述检测探头(10)的温度；

所述液位测量组件用于检测所述检测探头(10)与待测液面之间的距离；

所述液位测量组件包括接收型超声波换能器(130)以及发射型超声波换能器(120)，所述发射型超声波换能器(120)设于所述第一腔体(101)中，所述接收型超声波换能器(130)设于第三腔体(103)中。

2.如权利要求1所述的检测探头，其特征在于，所述第一腔体(101)、第二腔体(102)以及第三腔体(103)三者的底部平齐；和/或，所述第一腔体(101)与所述第二腔体(102)相邻设置，所述第三腔体(103)与所述第二腔体(102)相邻设置。

3.如权利要求1所述的检测探头，其特征在于，所述检测探头(10)还包括第一共振板(121)以及第一阻尼填充材料(122)，所述第一共振板(121)位于所述发射型超声波换能器(120)与所述第一腔体(101)之间；所述第一阻尼填充材料(122)填充在所述第一腔体(101)内并覆盖所述发射型超声波换能器(120)；

和/或，所述检测探头(10)还包括第二共振板(131)以及第二阻尼填充材料(132)，所述第二共振板(131)位于所述接收型超声波换能器(130)与所述第三腔体(103)之间；所述第二阻尼填充材料(132)填充在所述第三腔体(103)内并覆盖所述接收型超声波换能器(130)；

和/或，所述检测探头(10)还包括第一填充胶体(111)，所述第一填充胶体(111)填充在所述第二腔体(102)内并覆盖所述温度测量组件(110)，所述温度测量组件(110)设在所述第二腔体(102)的底部。

4.一种液位及温度的检测装置，其特征在于，包括供电模块(40)、处理器(20)以及权利要求1-3中任一项所述的检测探头(10)；

所述供电模块(40)用于向所述检测装置提供电能；

所述处理器(20)用于根据所述检测探头(10)的温度测量组件(110)的第一测量信号，计算所述检测探头(10)的温度，得到温度信息；根据所述检测探头(10)的液位测量组件的第二测量信号，计算所述检测探头(10)与待测液面之间的距离，得到液位信息。

5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述供电模块(40)包括电池、电源管理电路以及充电端口；

所述电池用于通过所述电源管理电路向所述检测装置提供电能；所述电池为可充电电池；

所述充电端口用于连接外部设备，获取所述外部设备提供的电能，通过所述电源管理电路向所述电池充电或向所述检测装置供电。

6.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述处理器(20)包括运算模块(22)和液位补偿模块(21)；

所述液位补偿模块(21)用于根据所述温度测量组件(110)的第一测量信号，输出对应所述第一测量信号的补偿信号；

所述运算模块(22)用于根据所述补偿信号以及所述第二测量信号，计算所述检测探头(10)与待测液面之间的距离，得到液位信息。

7.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括显示模块(50)；

所述显示模块(50)用于显示所述温度信息以及液位信息。

8.一种保温杯杯盖，其特征在于，所述杯盖(200)包括杯盖外壳以及权利要求4-7中任一项所述的检测装置，所述杯盖外壳内具有杯盖腔体(210)，所述检测装置设于所述杯盖腔体(210)内，所述检测装置的检测探头(10)设在所述杯盖腔体(210)的底部。

9.一种保温杯，其特征在于，包括杯体(300)以及权利要求8所述的杯盖(200)；

所述杯体(300)用于盛放液体；所述杯盖(200)与所述杯体(300)适配。

Images